Biosprit und Biotenside aus Abwässern

Neues Know how für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft – das verspricht sich ein interdisziplinäres Konsortium von dem Projekt „BEFuel“. Die Abkürzung steht für „Gekoppelte Bioelektrochemische Produktion von E-Fuels und hochwertigen Chemikalien aus Abgasen und Abwässern“.

Koordiniert wird das Projekt vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik in Oberhausen, kurz „Umsicht“. Daran beteiligt sind die Ruhr-Universität Bochum, die Emschergenossenschaft, das Institut für Automation und Kommunikation in Magdeburg sowie die Fraunhofer-Ausgründung Solar Spring GmbH mit Sitz in Freiburg. Das Bundesforschungsministerium fördert das Vorhaben über einen Zeitraum von drei Jahren mit insgesamt 2,1 Millionen Euro.

Ziel ist die „Kombination von elektrochemischer Synthese und biotechnologischer Synthese durch Mikroorganismen“, erklärt das Umsicht-Institut. „Diese Kopplung bioelektrischer Systeme für die gleichzeitige Biokonversion mehrerer Abfallströme ist einzigartig“, sagt Projektkoordinator Daniel Siegmund über den Ansatz. Er und seine Forscherkollegen wollen die Technik an Klärwerken einsetzen, die CO2 aus Rauchgasen oder Biogasen sowie Nährstoffe für das Wachstum der Biomasse bereitstellen können.

„Hocheffiziente Membrantechnik“

Für die Elektrolyse nutzen die Wissenschaflter zwei „Abfallströme“. An der Anode komme Rohglycerin aus der Biodieselproduktion zum Einsatz, aus den Oxidationsprodukten bildeten Mikroorganismen Biotenside. An der Kathode liefere Kläranlagen-Abwasser das Substrat. „Hier entsteht zunächst grüner Wasserstoff, den die Mikroorganismen als Energieträger nutzen, um in einem ersten Schritt Kohlenstoffdioxid zu fixieren und in einem zweiten Schritt organische C6- und C8-Säuren zu produzieren“, heißt es. „Durch eine hocheffiziente Membrantrenntechnik können die Produkte direkt aus der Brühe isoliert und angereichert werden“, erklärt Dirk Tischler, Professor an der Ruhr-Universität. C6 und C8-Säuren sind Ausgangsstoffe für die Herstellung von Biodiesel und Biogas.

Ihr Verbundprojekt sehen die Forschenden als Beitrag zur Bioökonomiestratie Deutschlands. „Unser Lösungsansatz besteht darin, Kläranlagen, die überwiegend in der Nähe von Siedlungsgebieten liegen und ein enormes, aber meist ungenutztes Potenzial für den Einsatz von Biotechnologien bieten, zu Bioraffinerien weiterzuentwickeln. Die entstehenden Endprodukte, alternative Kraftstoffe von hoher Energiedichte, können in der chemischen Industrie oder als Biokraftstoffe eingesetzt werden“, so Ulf-Peter Apfel, Professor für Siedlungswasserwirtschaft in Bochum.

Geringer Wirkungsgrad von E-Fuels

E-Fuels sind in der Fachwelt umstritten. Ein Grund ist der hohe Energieaufwand für die Herstellung. Die Organisation Agora Energiewende beziffert den Wirkungsgrad von E-Fuels in Fahrzeugen auf 13 Prozent. Bei E-Autos liegt er demnach bei 69 Prozent, ein elektrisches Vehikel komme bei gleichen Energieaufwand etwa fünfmal weiter.

Die Dachorganisation Transport and Environment, ein Zusammenschluss von Umweltverbänden, kam zu dem Ergebnis, dass Autos, die mit E-Fuels betrieben werden, vergleichsweise hohe CO2-Emissionen verursachen – auch bei rein rechnerischer Klimaneutralität, also wenn der Sprit mit Grünstrom produziert und das CO2 dafür aus Biomasse oder aus der Atmosphäre gewonnen wird.

Im Bundesverkehrsministerium sieht man E-Fuels als probates Mittel für die Verkehrswende. „Strombasierte synthetische Kraftstoffe sind eine wichtige und notwendige Ergänzung zur Elektromobilität“, sagte Verkehrsminister Volker Wissing auf der E-Fuels-Konferenz vergangenen Herbst im Vorfeld der Internationalen Automobilausstellung in München. „Wir werden den Verkehr schneller dekarbonisieren können, wenn wir uns alle technologischen Möglichkeiten offenhalten“, so der FDP-Politiker.